Двухканальный аудио усилитель управляет шаговым двигателем

Журнал РАДИОЛОЦМАН, ноябрь 2017

Phill Leyva

EDN

Хотя биполярные шаговые двигатели относительно дороги, для своих физических размеров они обеспечивают высокий вращающий момент. Однако для двух обмоток мотора требуется восемь управляющих транзисторов, соединенных в четыре H-моста. Каждый транзистор должен выдерживать перегрузки и короткие замыкания и быстро восстанавливать работоспособность, а драйверу, соответственно, требуются сложные схемы защиты с большим количеством пассивных компонентов.

На Рисунке 1 показана альтернативная схема драйвера двигателя, основанная на аудио усилителе класса D компании Maxim. Микросхема MAX9715 в миниатюрном корпусе для поверхностного монтажа может отдавать мощность до 2.8 Вт в типичную нагрузку 4 или 8 Ом. Каждый из двух выходов микросхемы образован H-мостами из мощных MOSFET, управляющими парами линий OUTR+, OUTR– и OUTL+, OUTL–, которые подключаются к обмоткам A и B шагового двигателя, соответственно. Каждая пара формирует дифференциальный широтно-модулированный импульсный сигнал с номинальной частотой переключения 1.22 МГц. Малый уровень помех, создаваемых схемой, исключает необходимость в выходных фильтрах.

Рисунок 1.	Одна микросхема в корпусе для поверхностного монтажа и несколько пассивных компонентов могут управлять биполярным шаговым двигателем.

Конденсаторы C₁, C₃, C₄ и C₆ служат развязкой для входов питания и смещения, а C₅ и C₇ выполняют накопительные функции для мощных выходных усилителей класса D. Конденсаторы C₈ и C₉ ограничивают полосу пропускания усилителя до 16 Гц, а ферритовые бусины L₂ и L₃ ослабляют электрические помехи, наводимые на длинные кабели. П-образный фильтр C₁, C₂, L₁ подавляет помехи на входе питания микросхемы IC₁. Входные сигналы микросхемы Шаг_A и Шаг_B, управляющие, соответственно, правым и левым каналами двигателя, могут формироваться любым подходящим контроллером. Внутренние цепи защищают усилитель от коротких замыканий и перегрева в случае неисправности шагового двигателя или неправильного подключения его выводов.

Таблица 1.	Последовательность импульсов Шаг_A и Шаг_B. (H – высокий уровень, L – низкий уровень).
Шаг Шаг_A Шаг_B 0 H L 1 L L 2 L H 3 H H 4 H L

Таблица 1 иллюстрирует последовательность импульсов Шаг_A и Шаг_B, управляющих вращением типичного шагового двигателя в одном направлении путем непрерывной подачи комбинаций сигналов от 0 до 4. Шаг 4 возвращает вал двигателя в исходное положение, завершая оборот в 360°. Чтобы изменить направление вращения мотора, начинайте формировать временную диаграмму импульсов снизу таблицы и последовательно двигайтесь по ней вверх. Подав напряжение низкого логического уровня на вход /SHDN микросхемы (вывод 8), можно отключить оба канала усилителя. Формы сигналов на входах и выходах схемы представлены на Рисунке 2.

Рисунок 2.	Формы сигналов в схеме на Рисунке 1: вход Шаг_A (Канал 1), вход Шаг_B (Канал 2), выходы OUTR+ (Канал 3), OUTR– (Канал 4) и сигнал на обмотках двигателя (OUTR+ минус OUTR–, средняя осциллограмма), вычисленный с помощью математической функции осциллографа.

Материалы по теме